一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，本发明专利技术利用稀土复合金属Pr

【技术实现步骤摘要】
一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水环境的生态安全与人类活动和工业生产息息相关。近年来水的污染问题受到世界的普遍关注，特别是新兴污染物(Emerging Contaminants,ECs)的污染问题尤其受到关注。目前已有约158种新兴污染物在我国河流和湖泊等天然水环境中被调查研究，绝大多数都属于有机污染物。包括硝基苯等工业污染物，非甾体抗炎药等(布洛芬、双氯芬酸、阿司匹林、扑热息痛、酮洛芬和萘普生等)。这些有机污染物大部分具有很高的亲水性和稳定性，在废水、地表水、悬浮物、沉积物、甚至饮用水中都曾被检测到(ng/L～μg/L)，难以通过寻常的水处理体系(混凝、沉淀、过滤、消毒)完全去除。在生活垃圾填埋场、渗滤液和地下水中经常检测到各种有机污染物。
[0003]高级氧化法是一种可以高效氧化降解有机污染物的方法。类芬顿反应中非均相催化剂受到研究者的普遍关注。高级氧化过程中可产生羟基自由基(
·
OH)，具有很高的氧化还原电位(E0＝1.9～2.7eV)相比于均相催化剂，非均相催化剂具有适用pH范围宽、催化剂可回收利用、不产生铁泥等优点。以O3为核心的高级氧化法由于在运行过程中易操作和管理，成本相对较低，且O3本身具有较强的氧化性，在实际应用过程中对各种污染物有良好的效果因而成为近年来的研究热点之一。
[0004]常见的催化剂包括金属氧化物、负载金属或金属氧化物、改性金属、碳系材料等。催化剂载体的选择关乎催化剂效能的高低，催化剂载体的作用是提供有效比表面积及适宜的孔结构，并使催化剂获得好的机械强度及稳定性，起着活性中心和减少负载组分用量的作用。Al2O3常作为负载型催化剂中的载体，而且其作为一种金属氧化物本身具备一定的催化作用，但是其催化效果并不显著，在单独的O3和O3‑
Al2O3联用时氧化降解能力偏低。
[0005]前人通常将某种过渡金属(Cu，Mn，Co等)负载于Al2O3上，制备负载型催化剂用于某些特定的反应。但是，双金属负载的思路并没有被特别关注。考虑到各种金属的催化机制不同，将两种或多种金属同时作为催化组分可形成协同作用。如能通过制备稀土复合金属负载氧化铝催化剂，可能产生更佳的催化活性和材料稳定性。这在控制水中难降解有机污染物、保障水环境安全的研究领域将是一个全新的突破。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂、制备方法及应用，旨在解决现有技术中单独O3和O3‑
Al2O3联用时氧化降解能力偏低的问题。
[0007]本专利技术采取以下技术方案实现：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，所述催化剂包
括载体和活性组分；
[0009]其中，所述载体为Al2O3；所述活性组分为Pr
‑
Mn复合金属氧化物。
[0010]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0011]进一步地，所述活性组分中镨元素、锰元素的浸渍液浓度分别在2％
‑
2.5％之间。
[0012]进一步地，所述载体的粒径为3
‑
5mm，所述载体的比表面积为200
‑
300m2·
g
‑1，所述孔径范围为5.5
‑
7.0nm，所述孔容范围为0.45
‑
0.55cm3·
g
‑1。
[0013]进一步地，所述Pr
‑
Mn复合金属氧化物的前驱体为硝酸锰和硝酸镨混合而成的硝酸盐溶液。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将Al2O3颗粒在温度一状态下进行焙烧活化，时间为3h，干燥环境下自然冷却至室温；
[0016]将活化后的Al2O3颗粒倒入前驱体硝酸盐溶液中进行震荡搅拌达到吸附平衡，得到混合溶液，搅拌时间12h；
[0017]将混合溶液进行过滤，在温度二状态下进行烘干，得到固体一；
[0018]将固体一在温度三状态下进行煅烧，时间为0.5
‑
3h；
[0019]将固体一在室温下进行老化，时间为22
‑
26h，获得Pr
‑
Mn/Al2O3催化剂。
[0020]进一步地，所述Al2O3颗粒焙烧活化之前还包括：
[0021]利用去离子水重复清洗Al2O3颗粒表面和孔隙，在温度四状态下烘干。
[0022]进一步地，所述前驱体硝酸盐溶液的浓度为1％～10％。
[0023]进一步地，所述温度一为100
‑
120℃，所述温度二为500
‑
600℃，所述温度三为110
‑
130℃，所述温度四为100
‑
120℃。
[0024]本专利技术第三方面提供了一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂的应用，包括以下步骤：
[0025]将Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂投加至污染物溶液中，并混合均匀；
[0026]将臭氧通入污染物溶液中，利用Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂催化臭氧与污染物反应；
[0027]分离反应后的污染物溶液，得到固体二；
[0028]用蒸馏水和乙醇对固体二进行清洗，在60
‑
70℃环境温度下干燥12h～24h，得到Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂。
[0029]进一步地，所述Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂和臭氧的投放质量比为1:2000。
[0030]有益效果
[0031]相比现有技术而言，本专利技术的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，可以促进O3分解生成
·
OH，然后
·
OH与污染物在催化剂表面发生反应，污染物中间产物在催化剂表面被降解。Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂中的活性组分Pr和Mn主要是以Ⅲ和Ⅳ价形式存在。Ⅲ价和Ⅳ价使得Pr氧化物和Mn氧化物形成强路易斯酸，O3分子是一种路易斯碱，因此O3容易吸附在氧化物表面进行分解，从而产生
·
OH与污染物反应，加快降解速率。
[0032]本专利技术的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂的制备方法，其制备过程简单，易于实现，制备出来的Pr
‑
Mn/Al2O3臭氧催化剂的比表面积比较大，且前后表面负载的活性组分具有较好的稳定性。
[0033]本专利技术的臭氧催化剂在应用过程中，可以显著提高臭氧氧化的矿化程度，能有效去除水中的有机污染物，同时其金属离子溶出极低，可以实现循环使用，降低了成本，反复使用后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，其特征在于：所述催化剂包括载体和活性组分；其中，所述载体为Al2O3；所述活性组分为Pr
‑
Mn复合金属氧化物。2.根据权利要求1所述的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，其特征在于：所述活性组分中镨元素、锰元素的浸渍液浓度分别在2％
‑
2.5％之间。3.根据权利要求2所述的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，其特征在于：所述载体的粒径为3
‑
5mm，所述载体的比表面积为200
‑
300m2·
g
‑1，所述孔径范围为5.5
‑
7.0nm，所述孔容范围为0.45
‑
0.55cm3·
g
‑1。4.根据权利要求3所述的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂，其特征在于：所述Pr
‑
Mn复合金属氧化物的前驱体为硝酸锰和硝酸镨混合而成的硝酸盐溶液。5.一种根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种基于双金属复合氧化物的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将Al2O3颗粒在温度一状态下进行焙烧活化，时间为3h，干燥环境下自然冷却至室温；将活化后的Al2O3颗粒倒入前驱体硝酸盐溶液中进行震荡搅拌达到吸附平衡，得到混合溶液，搅拌时间12h；将混合溶液进行过滤，在温度二状态下进行烘干，得到固体一；将固体一在温度三状态下进行煅烧，时间为0.5
‑
3h；将固体一在室温下进行老化，时间为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：严凯，汪旭，徐军，甘露，史冬峰，谈超群，于辉，崔鑫，徐苏倩，
申请(专利权)人：江苏省环保集团有限公司，
类型：发明
国别省市：